JPS61274128A - 積層型防振ゴム併用空気ばねシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 良１．−へ困」した万 本発明は、ホログラフィセット、電子顕微鏡等・のよう
な各種精密測定機器又は製造機械を設置した床から該精
密機器等に伝わる微細振動を遮断又は低減し機器等の精
度を維持するための空気ばねシステムに関するものであ
る。

Ｌえ立上ｊ 従来、周囲からの、特に床からの振動を防ぎ、精密機器
の測定精度又は製造機械の加工精度を維持又は向上せし
めるために空気ばねシステムが利用されている。

従来の空気ばねシステムは、概略第７図に図示する構成
が一般的である。つまり、空気ばねシステムｌは精密機
器２を担持する防振架台（定盤）４を有し、該防振架台
４が複数層の空気ばね６によって床８上に支持される。

空気ばね６は、防振架台４に取付けられたに金ＪＡｃ１
０と、該下金具ｌＯにベローズ固定金具１２にて取付け
られ上空気室１４を形成するベローズ１６と、該ベロー
ズ１６に固着され内部に上空気室１８を画成し床８上に
設置される下金ＪＬ２０とを有する。前記上空気室１４
と上空気室１８は、下金具２０の上面に形成した第１段
オリフィス２２によって連通される。

前記上空気室１８は下金具２０に設けられた第２段オリ
フィス２４を介して自動圧力調整弁２６と連通され、圧
縮空気の供給、排気がなされる。

該自動圧力調整弁２６は種々のものが使用されているが
、いずれにしても自動圧力調整弁２６のＯＮ・ＯＦＦ作
用により、防振架台４上の機器２の水平精度（レベリン
グ精度）が正確に維持される０例えば自動圧力調整弁２
６の位置での高さ寸法を±５０〜±１００ルｍに調整可
能とし、又支持間隔すを１０００ｍｍとすると（０，１
−０゜２）／１０００の水平度が達成される。

Ｉが　　　よう　　るＬｌ　　へ Ｌ記構成の空気ばねシステムｌにおいて、空気ばね６に
水平方向成分の振動が作用するとへローズ１６に剪断力
Ｆが加わり、該ベローズ１６は第８図の状態から第９図
の状態へと変形される。従来、上空気室１４を形成する
ベローズ１６は薄い補強布にゴムをコーティングした概
略厚さが０゜５〜１ｍｍの柔軟性に富む材料で作袈され
ており、成る大きさの剪断ばね定数Ｋｔｚを有している
。一般に空気ばねの剪断ばね定数Ｋｔは次式にて表わさ
れる。

Ｋｔ＝Ｋｔ＋＋Ｋｔｚ ここで、Ｋｔ、は剪断力Ｆに基づく、つまり第１１図に
図示されるベローズの変位εによる左右のベローズ接触
長さの差に起因するばね定数であり１次式で表わされる
。

Ｋ　ｔ　＋　＝　Ｆ　／　６　＝π２／（８ＰＤｐ）こ
のように、上記式で表わされる空気ばねの剪断ばね定数
Ｋｔの値はある限度以下にはならず、該剪断ばね定数Ｋ
ｔを希望する値まで小さくすることができない、従って
、次式から理解されるように、空気ばね防振システムの
水平方向の固有振動数ｆｎｔが小さくならない。

ｆｎｔ　＝（１／２τ）− ここで、Ｍはばね上質量である。

従来、空気ばね防振システムの防振効果を評価するファ
クタとして、次の式で表わされる振動伝達率Ｔｒが採用
されている。

Ｔｒ＝　　Ｉ　　１／　　（１−（ｆ／ｆｎ　　七　）
２）１ここで、ｆは防振対象の振動数で、ｆｎｔは空気
ばね防振システムの固有振動数である。

該振動伝達＊Ｔｒは小さいことが好ましいが、上述から
分るように、従来の空気ばね防振システムではｆｎｔを
小とすることができず、水平方向の防振性能が向上しな
いという欠点があった。

例えば、有効断面積Ａｅ＝４５ｃｍ２とした場合、固有
振動数ｆｎｔを２．５Ｈｚ以下とすることはできなかっ
た。防振性能上該固有振動数ｆｎｔは１．５Ｈｚ程度ま
で下げることが望まれている。

ヱｍの 従って１本発明の目的は、特に水平方向のばね定数を大
幅に低下せしめ、即ち、水平方向のばね作用を軟らかく
し、それにより固有振動数を小さくし、特に水平方向の
防振性能を著しく向上せしめた空気ばねシステムを提供
することである。

、Ｅ　占　　　　るた　の− 」−記目的は本発明によって達成される。要約すれば本
発明は、所定圧力に保持された空気室を有する空気ばね
と、該空気ばねに対し直列態様で該空気ばねに連結され
た防振ゴム手段とを具備し。

該防振ゴム手段は複数層に積層されたゴム層から成るこ
とを特徴とする空気ばねシステムである。

本発明によると、積層型防振ゴム手段は、空気ばねの上
方に配置されるか、又は下方に配置される。

本発明の好ましい実施態様によると、積層型防振ゴム手
段は、空気ばねの上方及び下方に配置される。

次に１本発明に係る空気ばねシステムについて図面を参
照して更に詳しく説明する。

第１図は本発明に係る空気ばねシステムの一実施例が部
分的に拡大して図示される０本発明に係る空気ばねシス
テムＬＡは防振架台（定盤）４と床８との間に空気ばね
３０と、防振ゴム手段５０とを具備する０本実施例にお
いて、定ｍ４は防振ゴム手段５０に直接支持され、該防
振ゴム手段５０は空気ばね３０に担持される構成とされ
る。

第１図の実施例では、空気ばね３０は内部に空所を有し
上端が開口した空気ばね下金ＪＬ３２と。

前記空気ばね下金具３２の上部開口端に配置され該空気
ばね下金Ｊ４３２と協働して空気室３４を画成するベロ
ーズ３６と、該ベローズ３６を空気ばね下金具３２の上
端に固定するベローズ押え金具３８とを有する。該空気
室３４内は圧縮空気が充填され圧力Ｐに保持されている
。前記ベローズ３Ｇには空気ばね下金具４０が固着され
、防振ゴム手段５０が連結される。

本発明によると、防振ゴム手段５０は、平板状の防振ゴ
ム下金具５４及び防振ゴム上金具５６との間に、複数の
層を成して１本実施例では４層のゴム層５２が積層され
る。好ましくは該各ゴム層５２の間には平板状の中間金
具５３放配置され、互いに固着される。又、各ゴム層を
構成するゴムは同じ材質の通常の防振ゴムでよいが、互
いに異なる材質とすることも可能である。より具体的構
造を説明すると、限定されるものではないが、−例を挙
げれば、直径が８０ｍｍの丸型の積層型防振ゴム手段で
あって、暦数は４、積層全体の高さく厚み）を４０ｍｍ
とした場合に、Ｋｃ（ｆ！直力方向ね定数）は３０００
ｋｇ／ｃｍ２．Ｋｒ　（水ｆ方向ばね定数）は１５０　
ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ　２であり、許容荷重は２０００ｋ
ｓｒであった。

防振ゴム下金具５４は連結軸５８にて上記空気ばねＥ＊
具４０に固定的に連結され、又防振ゴム上金具５６は直
接定盤４に取付けられる。

次に、上記の如くに構成される空気ばねシステムＩＡの
作用について説明する。

第２図に図示されるように、振動により空気ばね３０と
定盤４との間に相対水平方向運動が起り、第２図で空気
ばね３０が固定され定ｆｌ１４が左方向へと移動したと
すると、水平方向力Ｆ及び垂直方向力（空気ばねの支持
荷ｊｌｌ）Ｗによって空気ばね下金具４０及び防振ゴム
手段５０は回転中心０１及び０２の回りに回転し防振ゴ
ム手段５′０には剪断変形とねじれ変形が起る。勿論、
振動により空気ばね３０と定盤４との間に相対水平方向
運動が起こる前は、第１図に図示されるように、水平方
向力Ｆは発生せず、垂直方向力（空気ばねの支持荷重）
Ｗの作用線上に空気ばね下金具４０及び防振ゴム手段５
０の回転中心０１及び０２は位置しており、防振ゴム手
段５０に剪断変形とねじれ変形は起こらない。

今、積層型防振ゴム手段５０、即ち、防振ゴム５２が丸
形防振ゴムであるとすると、防振ゴム手段５０の水平方
向、つまり剪断方向のばね定数Ｋｒ、及び垂直力Ｗの作
用によるねじれ変形のねじればね定数にθは次式で表わ
される。

Ｋｒ＝Ｆ／δｒ　　　　　　（１） Ｋθ＝Ｋｃ−ｄ２／１６　　　（２） ここで、Ｆ：水乎力 δｒ：剪断変形量 Ｋｃ：防振ゴムの圧縮ばね定数 ｄ：防振ゴムの直径 従って１本発明に係る空気ばねシステムｌＡの総合ばね
定数Ｋｔは次の式で表わされる。

Ｋ　ｔ　＝　１　／　［（１／　Ｋ　ｂ　）　＋　（１
／　Ｋ　ｒ　）　＋（１２（１＋　Ａ　ｅ　Ｐ　／　Ｋ
　ｒ　ｌ　）　／　（Ｋｃ−ＡｅＰＪｌ））］　　　　
　　　　　　（３）ここで、Ｋｂ：ベローズ重体の水平
方向ばね定数ＫＯ：防振ゴムのねじればね定数 Ａｅ；空気ばね有効受圧面積 Ｐ：空気ばね圧（Ｐ＝Ｗ／Ａｅ） ！Ｌ＝回転中心０１，０２間の距離 本発明に従うと、積層型防振ゴム手段５０のＫＣ（防振
ゴムの圧縮ばね定数）は大きく（硬く）、又上記式（３
）から理解されるように総合ばね定数Ｋｔは、ベローズ
単体のばね定数Ｋｂより小さくなる。このことは、本発
明に係る空気ばねシステムＩＡは、空気ばねのみしか有
しない。

つまり、ベローズの剪断変形しか起こらない従来の空気
ばねシステム（第７図）に比較すると、斯るベローズの
剪断変形に更に防振ゴムの剪断変形及びねじれ変形が直
列にて付加され、その結果ばね作用がソフトになり、一
方許容荷重は大きく、幅広い荷重範囲をカバーできると
いう利益がある。

第６図は４ベロ一ズ単体の水平方向ばね定数Ｋｂと、大
型防振ゴム手段併用の本発明による空気ばねシステムの
ばね定数Ｋｔ（実測値及び計算値）との関係を示すグラ
フであるが、積層型防振ゴム手段を併用することにより
ばね定数が著しく低減していることが分かるであろう。

第６図から明らかなように１本発明の空気ばねシステム
においては圧力の増大と共にばね定数Ｋｔが減少してい
るが、これは空気ばね支持荷重Ｗ（＝ＡｅＰ）によるモ
ーメントが第２図から分かるように、防振ゴム手段５０
が転倒、即ち、回転する方向に作用するからである。

又、上記式（３）から回転中心０１．０２間の距ａｎ、
即ち、連結軸５８の長さを大きくすれば、ばね定ｆｉＫ
ｔはより小さいものとなる。従って、種々の長さの連結
軸５８を用意するか又はスペーサ（図示せず）により連
結軸の長さを変えることによりばね定ｆｉＫｔを微調整
することができる。

第３図は、本発明に係る空気ばねシステムの他の実施態
様を示す６本実施例の空気ばねシステムＩＢは第１図の
空気ばねシステムＩＡと同様の構造とされるが、本実施
例においては、定盤４は直接には空気ばね３０に支持さ
れ、該空気ばね３０が積層型防振ゴム手段５０に担持さ
れている点において前記空気ばねシステムＩＡと相違す
る２本実施例の空気ばねシステムＩＢも前記空気ばねシ
ステムＩＡに関連して説明したと同様に作用し、且つ同
様の効果を有する。

第４図は、本発明に係る空気ばねシステムの更に他の実
施態様を示す０本実施例の空気ばねシステムＩＣは積層
型防振ゴム手段５０が空気ばね３０の上方及び下方に設
けられる０本実施例の空気ばねシステムＩＣも前記空気
ばねシステムＩＡに関連して説明したと同様に作用し、
且つ同様の効果を有する。

又、上記各実施例において使用された空気ばね３０はそ
の構造が限定されるものではなく、例えば第５図に例示
するような構造とすることもできる。つまり、本実施例
の空気ばねシステムｌＤの空気ばね３０ａは、第７図に
関連して説明した従来の構造の空気ばね６と同様に、空
気室３４の下方に第１段オリフィス２２にて連通された
下室気室４２を設け、該下室気室４２は第２段オリフィ
ス２４を介して自動圧力調整弁２６と連通され、各空気
室への圧縮空気の供給、排気がなされる構造とすること
もできる。

えにＡ］ 本発明に係る空気ばねシステムは以上の如くに空気ばね
に積Ｊｌｆｆｉの防振ゴム手段を直列態様にて併用する
ために防振装置の、特に水平方向ばね定数を大幅に低下
せしめ、それにより空気ばねシステムの、特に水平方向
の固有振動数を小さくし、振動伝達率の低下、即ち、防
振性能の著しい向上を実現し得るという効果を有する。

更に１本発明に係る積層型防振ゴム手段を有した空気ば
ねシステムによると、許容荷重を大きく保持することが
でき、幅広い荷重範囲をカバーできるという利益がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る空気ばねシステムの一実施態様
を示す断面図である。 第２図は、第１図の空気ばねシステムの作動態様を示す
断面図である。 第３図から第５図は、本発明に係る空気ばねシステムの
他の種々の実施態様を示す断面図である。 第６図は、ベローズ単体の水平方向ばね定数Ｋｂと、第
１図の空気ばねシステムのばね定数Ｋｔ（実測値及び計
算値）との関係を示すグラフである。 第７図は、従来の空気ばねシステムを示す断面図である
。 第８図及び第９図は、第７図の空気ばねシステムの作動
態様を説明する部分断面図である。 ４：防振架台（定１！１） ３０：空気ばね ３２：空気ばね下金具 ３４：空気室 ３６：ベローズ ４０：空気ばね下金具 ５０：８１！ｆｊ型防振ゴム手段 ５２：防振ゴム ５４：防振ゴム下金具 ５６：防振ゴム上金具 ５８：連結軸 第１図 第３図 第４図 第５図 第６図 空気り刀　ｋｇ／ｃｒｎ’　→ 第７因 第８図 第９図 ε

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）所定圧力に保持された空気室を有する空気ばねと、
   該空気ばねに対し直列態様で該空気ばねに連結された防
   振ゴム手段とを具備し、該防振ゴム手段は複数層に積層
   されたゴム層から成ることを特徴とする空気ばねシステ
   ム。 ２）防振ゴム手段は、空気ばねの上方に配置され、該空
   気ばねにて担持されて成る特許請求の範囲第１項記載の
   空気ばねシステム。 ３）空気ばねは、防振ゴム手段の上方に配置され、該防
   振ゴム手段にて担持されて成る特許請求の範囲第１項記
   載の空気ばねシステム。 ４）防振ゴム手段は、空気ばねの上方及び下方に配置さ
   れて成る特許請求の範囲第１項記載の空気ばねシステム
   。 ５）ゴム層とゴム層との間には中間金具が配設されて成
   る特許請求の範囲第１項から第４項のいずれかの項に記
   載の空気ばねシステム。